철광석의 이해와 철광석 채굴

철광석 및 철광석 채광 이해

철(Fe)은 지각에 풍부하고 널리 분포되어 있는 원소로, 평균적으로 퇴적암의 경우 2~3%, 현무암과 개암의 경우 8.5%를 구성합니다. 그것의 공급은 본질적으로 세계의 거의 모든 지역에서 무한합니다.

그러나 이 철의 대부분은 현재의 제철 관행에서 사용할 수 있는 형태가 아닙니다. 따라서 철강 산업에서 경제적으로나 공간적으로 사용할 수 있는 지각의 전체 철 중 일부만 철광석이라고 부를 수 있습니다. 그러나 철광석을 구성하는 것은 장소와 시간에 따라 크게 다릅니다. 철 함유 광물을 철광석으로 분류할 수 있는지 여부를 결정하는 요인은 여러 가지가 있지만 기본적으로는 경제성의 문제입니다. 이러한 개념을 염두에 두고 상업적 목적으로 사용되는 철광석의 논리적인 정의는 '당시 가격 및 시장 가격 조건에서 특정 장소와 시간에 경제적으로 사용할 수 있는 철 함유 재료'입니다.

철은 많은 지역에 존재하기 때문에 상대적으로 가치가 낮으므로 광상이 광석 등급으로 간주되기 위해서는 철의 비율이 높아야 합니다. 선광, 농축 및 응집의 개선된 방법의 출현으로 현재 사용할 수 있는 철 함유 재료의 다양성이 확대되었으며 한때 비경제적이라고 여겨졌던 많은 저품종 재료 유형이 이제 철광석으로 간주되고 있습니다. 일반적으로 침전물은 경제적으로 회수 가능한 것으로 간주되기 위해 최소 25% Fe를 포함해야 합니다.

300가지 이상의 광물에 철이 포함되어 있지만 5가지 광물이 철광석의 주요 공급원입니다. (i) 자철광(Fe3O4), (ii) 적철광(Fe2O3), (iii) 침철석(Fe2O3·H2O), (iv) 철광석(FeCO3) 및 (v) 황철광(FeS2)입니다. 처음 세 가지는 경제적으로 채굴 가능한 대규모 광상에서 발생하기 때문에 매우 중요합니다. 그러나 전 세계에서 채굴되는 대부분의 철광석은 처음 두 범주에 속합니다.

적철광은 철 69.94%와 산소 30.06%에 해당하는 Fe2O3의 화학 조성을 가지고 있습니다. 그것은 강철 회색에서 칙칙한 빨간색 또는 밝은 빨간색까지의 색상을 가지며 흙색, 소형 또는 결정질 일 수 있으며 비중은 5.26입니다. 일반적인 변종은 결정질, 반사광, 마타이트(자철광 다음의 유사형), 마그헤마이트(자성 산화철), 흙, 황토 및 조밀이라고 합니다. 적철광은 가장 중요한 철광석 중 하나입니다. 그것은 많은 유형의 암석에서 광범위하게 발생하며 다양한 기원을 가지고 있습니다. 그것은 광맥 퇴적물, 화성암, 변성암 및 퇴적암과 관련하여 발생하며 자철광의 풍화 산물로 발생합니다. 보급된 결정질 적철광의 일부 저품위 퇴적물은 고품질 정광을 생산하기 위해 중력 및 부유 기술 모두에 의해 성공적으로 처리되었습니다.

자철광은 철 72.36%와 산소 27.64%에 해당하는 Fe3O4의 화학 조성을 가지고 있습니다. 색상은 짙은 회색에서 검은색이며 비중은 5.16에서 5.18입니다. 그것은 강한 자성이며 ​​때로는 극성을 가지므로 자연 자석으로 작용합니다. 자철광은 화성암, 변성암 및 퇴적암에서 발생합니다. 마그네타이트의 자기 특성은 자기 방법으로 탐사를 허용하고 맥석 재료에서 마그네타이트를 자기 분리하여 고품질 정광을 생성할 수 있기 때문에 중요합니다. 자성 농축 기술의 지속적인 개선과 고급 제품의 사용 확대로 인해 철 공급원으로서 점점 더 중요해지고 있습니다.

철광석 채굴

철광석의 채광(추출), 선광 및 가공은 철과 강철을 생산합니다. 광업은 광상에서 광석 물질을 제거하는 것으로 정의되며 선광 이전의 모든 활동을 포함합니다. 고급 철광석(철 함량 62% 초과)은 단순히 분쇄, 선별 및 제철 장치(예:용광로)로 직접 배송됩니다. 철 함량이 낮은 저품위 철광석은 철 함량을 높이기 위해 분쇄, 선별 및 세척 이외의 선광 활동이 필요합니다. 경쟁력을 갖추기 위해서는 철광석 채굴이 매우 대규모로 이루어져야 합니다. 일반적으로 사용되는 두 가지 채굴 방법이 있습니다. (i) 지표 채광, (ii) 지하 또는 샤프트 채광입니다.

지하 또는 지표 채광 기술을 사용하기로 결정하는 것은 광석체와 지표면의 근접성에 달려 있습니다. 전 세계에서 채굴되는 철광석의 대부분은 독점적으로 표면 채굴 기술입니다. 그러나 세계에는 일부 지하 철광산이 운영되고 있습니다. 지표 광상에서 철광석을 추출하도록 설계된 두 가지 기본 지표 채광 방법이 있습니다. 이들은 오픈 피트 및 오픈 컷 방법입니다. 일부를 제외하고는 세계의 거의 모든 대규모 철광석 광산이 노천 채굴 방식으로 작업되고 있습니다.

철광석을 채굴하는 과정에는 막대한 자원이 필요합니다. 이러한 리소스에는 중공업 광산 장비와 숙련된 노동력이 포함됩니다. 사용된 장비에는 불도저, 스크레이퍼, 운반 트럭(중량 화물차), 덤퍼, 프론트 엔드 로더, 유압 굴착기, 유압 및 전기 삽(스트리핑 삽, 로딩 삽), 드래그라인, 버킷 휠 굴착기, 준설선, 물 탱커, 발파 구멍 드릴이 포함됩니다. (다이아몬드 비트 로터리 드릴) 및 대형 컨베이어. 광석을 상품화하기 위한 파쇄 및 스크리닝을 위해서는 파쇄기 및 관련 장비가 있는 스크린이 필요합니다.

계획 및 개발

철광석 광상체의 발견에서 철광석 추출을 통한 철광석 채광 및 최종적으로 토지를 자연 상태로 되돌리는 과정은 몇 가지 별개의 단계로 구성됩니다. 첫 번째는 철광석 매장지의 발견으로, 광체의 범위, 위치 및 가치를 찾아 정의하기 위해 탐사 또는 탐사를 통해 수행됩니다. 이것은 예금의 크기와 등급을 추정하기 위한 수학적 자원 추정으로 이어집니다.

철광석 채굴은 지상에서 시작됩니다. 광석은 지구에서 몇 미터 떨어진 그리드에서 코어 샘플을 다이아몬드 드릴링하여 식별합니다. 철광석 암석은 상당한 비율의 철을 구성하고 나머지는 알루미나 및 실리카와 같은 불순물입니다. 이 샘플은 광산 엔지니어가 광산 계획을 정확하게 개발할 수 있도록 분석 및 분류됩니다.

광산 개발에는 광상의 경제적으로 회수 가능한 부분, 광석의 야금학적 특성, 광석 회수 가능성, 엔지니어링 문제, 파쇄 및 기반 시설 요구 사항을 평가하기 위한 광산 계획이 포함됩니다. 경제적으로 회수 가능한 매장지의 비율은 해당 지역의 광석 농축 계수에 따라 다릅니다.

지역 내의 광물 매장지에 접근하려면 즉각적인 관심이 없는 폐기물을 채굴하거나 제거해야 하는 경우가 많습니다. 광석과 폐기물의 전체 이동은 채굴 과정을 구성합니다. 종종 광석 본체의 특성과 위치에 따라 광산 수명 동안 광석보다 더 많은 폐기물이 채굴됩니다. 폐기물 제거 및 배치는 채광 작업의 주요 비용입니다.

철광석 광상의 일반적인 발생, 크기 및 모양은 탐사 단계에서 결정됩니다. 예금에 대한 지식은 개발 작업을 통해 더 자세히 결정됩니다. 광산 개발 중에 광석 분포 및 가용성에 영향을 미치는 지질 구조의 위치와 특성을 상당히 자세하게 결정하는 것이 종종 필요합니다.

충분한 세부 정보를 얻은 후 이를 위해 준비된 지도와 섹션을 사용하여 운영 계획의 다양한 조합을 연구합니다. 이들은 광체의 크기와 모양, 광석 조성 및 실험실 테스트 결과를 보여줍니다. 이러한 그래픽 표현에서 광석과 폐기물의 양은 부피 중량 계수를 적용하여 결정됩니다. 컴퓨터는 일반적으로 톤수 산정을 준비하고 상세한 채광 계획을 준비하는 데 사용됩니다. 이러한 시스템을 통해 다양한 채굴 방식과 계획을 비교 평가하여 특정 광상 별로 가장 유리한 계획을 결정하고 광상 채굴 일정을 잡습니다.

따라서 지속적으로 목표 등급에 가까운 조성의 철광석을 안정적으로 생산할 수 있도록 광산 생산을 계획해야 합니다. 이러한 필요성은 탐사 가능성을 실행 가능한 광산 프로젝트로 개발하는 프로세스를 주도합니다. 광상의 구성은 채광 전에 대략적으로만 샘플링할 수 있고 경제적 및 재정적 조건이 매우 변동적인 경향이 있기 때문에 모든 광산 계획은 기껏해야 잠정적이며 광상에 대한 지식의 변화에 ​​비추어 수정될 수 있습니다. 채굴 작업 중에 점진적으로 노출되기 때문입니다.

광산 개발 및 계획은 생산이 시작될 때 멈추지 않습니다. 왜냐하면 더 많은 드릴 구멍이 광석 체적에 분포된 더 많은 분석을 제공함에 따라 생성되는 광석체에 대한 지식의 전개 결과로 변화하는 조건에 대응할 필요가 있기 때문입니다. 채굴됩니다.

노천광산의 계획, 개발 및 운영은 일반적으로 직사각형 블록 모델을 기반으로 합니다. 이 블록 모델은 수평으로 50m, 수직으로 10m인 최소 채굴 단위에 해당하는 치수를 가진 직사각형 블록 세트로 구성됩니다. 각 블록에 대해 등급(철과 알루미나, 실리카 및 인과 같은 각 오염 물질)을 추정합니다.

블록 모델은 진화하고 적응하는 정보 시스템입니다. 처음에는 탐색 드릴링 중에 채취한 샘플의 데이터 보간을 기반으로 합니다. 광산 개발 및 운영 중에 블록 모델은 충전 시추, 폭발물 배치를 위해 뚫은 발파공 데이터, 채광된 광석이 파쇄 및 분석될 때의 분석을 통해 지속적으로 수정됩니다. 작업의 모든 단계에서 채광 선택 및 순서 결정은 현재 사용 가능한 불완전한 블록 모델 정보를 기반으로 하여 지정된 허용 오차 내에서 목표 등급과 일치하는 선적용 광석을 생산해야 합니다.

노천 채굴

표면 채광 방법은 표면 퇴적물에서 광석을 추출하도록 설계되었습니다. 광상은 때때로 두께가 몇 미터에 불과한 흙층을 벗겨내어 노출됩니다. 벗겨져야 하는 이 물질은 '과부하물'로 알려져 있습니다. 초과 하중은 비고결 재료, 암석, 점토, 자갈 및 희박 광석 재료로 구성될 수 있습니다. 노천 채광이 수행되는 깊이는 광석의 등급, 초과 하중의 특성 및 박리 비율에 따라 다릅니다. 스트리핑 비율은 채굴된 광석의 각 단위에 대해 처리해야 하는 초과 부담 및 폐기물의 양입니다. 채굴된 조광석의 각 단위에 대해 제거되어야 하는 초과 부담의 단위로 설명됩니다. 추출 비율은 채광되는 광석의 품질과 선광 및 운송과 관련된 비용 요인에 따라 증가합니다.

경제적 박리 비율은 여러 요인에 따라 광산마다 크게 다릅니다. 직배송 광석의 경우 6:1 또는 7:1 정도로 높을 수 있습니다. 저품위 광석의 경우 1.5:1 미만의 탈거비가 경제적 한계로 간주되는 경우가 많습니다.

철광석 채광을 위해서는 먼저 과도한 하중을 제거하여 광산 지역을 밝히는 것이 필수적입니다. 과부하된 짐은 대형 유압 삽에 의해 생산 트럭에 실려 등고선 덤프로 운반됩니다. 이 덤프는 주변 지역과 어울리도록 환경적으로 설계되었습니다.

노천 채광에서는 바닥의 광석을 회수하기 위해 광산을 깊게 할 수 있도록 구덩이 벽이 절단됨에 따라 과도한 하중 제거가 광산 수명의 많은 부분을 통해 계속될 수 있습니다. 통합되지 않은 재료는 현지 조건에 따라 파워 삽, 드래그라인 또는 파워 스크레이퍼로 굴착됩니다. 다른 재료는 일반적으로 전동 삽으로 굴착됩니다.

광석은 계단이나 벤치를 따라 점진적으로 추출하여 큰 노천광에서 채굴됩니다. 벤치는 상위 수준의 광석이 제거됨에 따라 점진적으로 더 깊은 광석에 대한 접근을 제공합니다. 토양과 그 위에 있는 암석을 제거한 후 광석을 뚫고 발파합니다. 발파의 목적은 추출을 위해 광석 몸체를 노출시키거나 광석 몸체에 접근하는 데 사용할 수 있는 접근(수평 ​​통로)을 만드는 것입니다. 발파는 광석을 부수는 데도 사용됩니다.

드릴링 및 발파는 통합된 재료를 광산 장비와 파쇄 및 선별 시설에서 처리할 수 있는 크기로 분해하기 위해 수행됩니다. 또한 장전 효율을 높이기 위해 파워 셔블보다 먼저 광석 뱅크를 풀기 위해 수행되기도 합니다.

제거할 광석 몸체 부분은 먼저 특정 패턴으로 드릴링됩니다. 드릴링은 대형 기계식 드릴링 장비로 수행됩니다. 시추 작업의 주요 목적은 발파 활동을 위해 화약을 배치하기 위해 암석에 적절한 직경, 깊이 및 방향의 구멍을 만드는 것입니다. 일반적으로 드릴된 발파 구멍은 직경이 400mm이고 깊이가 약 10-12미터입니다. 약 400개의 구멍이 폭발 패턴으로 뚫립니다.

폭발이 일어나기 전에 뚫린 구멍은 폭발성 혼합물로 채워집니다. 지뢰 발파에 사용되는 폭발물의 주요 요구 사항은 외부 산소 공급 없이 완전 연소를 달성하는 능력입니다. 과거 발파에 사용된 화약류는 니트로글리세린과 탄소질 물질, 산화제로 구성되어 있었다. 오늘날 사용되는 가장 일반적인 폭발물은 질산암모늄 비료와 연료유(ANFO라고 함)의 혼합물입니다. 폭발물은 고폭탄 발파 캡 및/또는 프라이머로 폭발합니다. 경우에 따라 유제 또는 젤 폭발 카트리지가 사용됩니다.

준비가 완료되면 광산 현장에서 작업자와 장비를 제거하고 폭발을 폭발시킵니다. 각각의 구멍은 1밀리초 간격으로 폭발하여 마이너스 2m x 2m 크기로 부서지는 조잡한 철광석 더미가 생성됩니다. 드릴링, 발파 및 광석 제거에 의해 생성된 지면의 넓은 구멍을 '노천 구덩이'라고 합니다.

발파 후 파쇄된 광석은 ROM(run of mine) 광석으로 알려져 있습니다. ROM 광석은 거대한 전기 삽, 유압 굴착기 또는 프런트 엔드 로더로 대용량 덤프 트럭에 적재되어 분쇄 및 스크리닝 스테이션으로 운반됩니다.

파쇄 및 선별

상품성 등급의 철광석은 고로에 장입하기 전에 적절한 크기를 가져야 합니다. 현재의 고로 기술은 일반적으로 10mm보다 미세하고 30mm보다 굵은 직접 장입 덩어리 광석의 파쇄 및 스크리닝을 필요로 합니다. 선택한 특정 크기는 광석의 특성을 기반으로 하며 높은 굴뚝 투자율을 유지하고 조대 물질의 환원을 위한 충분한 시간을 허용하도록 지정됩니다. 결과적으로, 파쇄 및 스크리닝은 광석 생산 시설의 필수적인 부분입니다.

많은 광산은 2~3단계의 파쇄를 사용합니다. 일부 광산에는 1차 분쇄기가 광산에 있으며 컨베이어를 사용하여 분쇄된 광석을 2차 및 3차 분쇄기로 또는 직접 공장으로 운반합니다. 분쇄 단계는 1차 단계에서 직경이 수 피트에서 최종 제품으로 1/2 또는 3/8인치로 6인치로 철광석을 감소시킬 것입니다. 크러셔 제품은 추가 크기 감소를 위해 밀링 작업에 공급됩니다.

분쇄에는 일반적으로 진동 스크린이 있는 폐쇄 회로에서 작동하는 2차 분쇄기가 있는 1차 조 크러셔가 포함됩니다. 장비 선택은 주로 광석의 파쇄도에 따라 결정됩니다. 고품위 광석에 대한 스크리닝 작업의 대부분은 탈회를 통해 미세분획을 효과적으로 업그레이드할 수 있는 경우를 제외하고는 건식입니다.

분쇄 및 스크리닝에 의해 생성된 마이너스 10mm 미세 입자는 소결에 의해 가장 일반적으로 응집되거나 때로는 펠릿화를 위해 분쇄됩니다.

개별 광산의 채굴 프로그램은 균일한 제품을 생산하기 위해 개발되었습니다. 대부분의 적재 및 배송 시스템에는 여러 처리 단계가 포함되지만 특히 크기 일관성과 화학 표준이 모두 지정된 경우 현재 철강 공장에서 요구하는 품질 보증 표준을 충족하기에 충분한 혼합을 제공하지 않는 경우가 많습니다. 정교한 혼합 혼합 및 적재 시설은 이제 철광석 광산에서 거의 보편적으로 제공됩니다.

스태킹 및 회수 시스템은 꽤 자주 사용됩니다. 쌓으면 철광석이 쌓이게 됩니다. 각각의 연속적인 층은 인접한 층과 크기 일관성 또는 화학적 조성이 다를 수 있는 철광석을 나타냅니다. 가늘고 긴 파일은 스태킹 머신의 스태킹 능력에 의해 제한된 높이까지 구축됩니다. 그런 다음 광석은 버킷 휠 굴착기, 프론트엔드 로더 또는 스크레이퍼 크로스 컨베이어에서 사용하기 위해 재생될 수 있습니다. 파일 표면에서 광석을 제거하면 모든 층에서 균일한 광석 혼합인 재료 스트림이 생성됩니다. 그러면 혼합된 광석이 고객에게 발송됩니다.

마이닝의 다양한 단계는 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 철광석 노천 채굴 단계

환경 문제

노천 채광의 결과로 생성되는 물질에는 과부하, 폐석 및 광산 용수가 포함됩니다. 기타 폐기물에는 추출하는 동안 유출된 소량의 오일과 그리스가 포함될 수 있습니다. 광산 물은 일반적으로 광석 자체에서 발견되는 것과 유사한 용해되거나 현탁된 성분을 포함합니다. 여기에는 미량의 알루미늄, 안티몬, 비소, 베릴륨, 카드뮴, 크롬, 구리, 망간, 니켈, 셀레늄, 은, 황, 티타늄 및 아연이 포함될 수 있습니다.

물은 철광석 채굴 작업에서 다양한 문제를 일으킵니다. 언덕 위 채광이나 사막 조건에서 채광하는 것과 같은 드문 경우를 제외하고 물은 집수조, 우물 또는 지하 작업장에서 모아야 하며 광산 밖으로 퍼내야 합니다. 이러한 배수는 농축 작업에서 손실된 물을 보충하기 위해 종종 직접 사용됩니다.